汽車覆蓋件模擬畢業(yè)設計

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 汽車覆蓋件模具的發(fā)展</p><p>　　隨著我國改革開放的不斷深入，人民生活水平的提高，和我國加入WTO，我國的汽車的銷售和生產得到了很大的提高。國內汽車制造業(yè)近年來得到迅速的發(fā)展，汽車產量已名列前十名，模具工業(yè)是汽車產品開發(fā)和大批量生產的重要部分，一輛客車或轎車的約有百分之八十的零部件是

2、用模具加工制造的，而覆蓋件的模具又以其大型、復雜、精密等特點而成為模具舉足輕重的部分。目前，我國汽車模具工業(yè)還不能適應整車開發(fā)和換型要求，其中一個原因是汽車模具設計與制造水平較低，制造裝備落后，為使汽車模具工業(yè)盡快滿足汽車生產發(fā)展的需要，使我國汽車工業(yè)以實力躋身于國際競爭大潮中，并取得鞏固和發(fā)展。除了靠國家有關汽車模具產業(yè)和汽車產業(yè)的方針政策外，也需要汽車模具產業(yè)成員的共同努力，在汽車模具生產技術方面趕上世界先進水平。在未來的汽車覆蓋件

3、模具的發(fā)展趨有以下幾點：</p><p>　　(1)模具三維設計地位得以鞏固</p><p>　　模具的三維設計是數(shù)字化模具技術的重要內容，實現(xiàn)模具設計、制造和檢驗一體化的基礎。日本豐田、美國通用等公司已實現(xiàn)了模具的三維設計，并取得了良好的應用效果。國外在模具三維設計中采取的一些做法值得我借鑒。模具三維設計除了有利于實現(xiàn)集成化制造外，另一個優(yōu)點就是便于干涉檢查，可進行運動干涉分析，解決了二

4、維設計中的一個難題。</p><p>　　(2)模具沖壓成形過程的模擬（CAE）作用更加凸顯</p><p>　　近年來，隨著計算機軟件和硬件的快速發(fā)展，沖壓成形過程的模擬技術（CA E）發(fā)揮著越來越重要的作用。美國、日本、德國等發(fā)達國家，CAE技術已成為模具設計制造過程的必要環(huán)節(jié)，廣泛用于預測成形缺陷，優(yōu)化沖壓工藝與模具結構，提高了模具設計的可靠性，減少了試模時間。國內許多汽車模具企業(yè)在

5、CAE應用中也取得了顯著進步，獲得了良好的效果。CAE技術的應用可大大節(jié)省試模的成本，縮短沖壓模具的開發(fā)周期，已成為保證模具質量的重要手段。CAE技術正逐步使模具設計由經驗設計轉變?yōu)榭茖W設計。</p><p>　　(3)數(shù)字化模具技術已成主流方向</p><p>　　近年來得到迅速發(fā)展的數(shù)字化模具技術，解決汽車模具開發(fā)中所面臨的許多問題的有效途徑。所謂數(shù)字化模具技術，就是計算機技術或計算機

6、輔助技術（CAX）模具設計制造過程中的應用。</p><p>　　(4)模具加工自動化迅猛發(fā)展</p><p>　　先進的加工技術與裝備是提高生產率和保證產品質量的重要基礎。先進的汽車模具企業(yè)中配有雙工作臺的數(shù)控機床、自動換刀裝置（ATC）自動加工的光電控制系統(tǒng)、工件在線測量系統(tǒng)等已不鮮見。數(shù)控加工已由單純的型面加工發(fā)展到型面和結構面的全面加工，由中低速加工發(fā)展到高速加工，加工自動化技術發(fā)

7、展十分迅速。</p><p>　　(5)高強度鋼板沖壓技術是未來發(fā)展方向</p><p>　　高強度鋼由于在屈強比、應變硬化特性、應變分布能力和碰撞吸能等方面具有優(yōu)良的特性，汽車上的使用量不斷增加。目前，汽車沖壓件上使用的高強度鋼主要有烤漆硬化鋼（BH鋼）雙相鋼（DP鋼）相變誘導塑性鋼（PIP鋼）等。國際超輕車身項目（ULSA B）預計2010年推出的先進概念車型（ULSA BAVC）中9

8、7%材料為高強度鋼，先進高強度鋼板在整車用材的比重將超過60%而其中雙相鋼的比例將占車用鋼板的74%?，F(xiàn)在大量采用的以IF鋼為主的軟鋼系列將被高強度鋼板系列替代，高強度低合金鋼將被雙相鋼和超高強度鋼板替代。目前，國內汽車零件高強度鋼板的應用還多限于結構件與梁類件，所用材料的抗拉強度多在500MPa以下。因此，迅速掌握高強度鋼板沖壓技術，國汽車模具行業(yè)亟待解決的一個重要問題。</p><p>　　(6)新型模具產品

9、適時推出</p><p>　　隨著汽車沖壓生產高效化和自動化的發(fā)展，級進模在汽車沖壓件的生產中應用將更加廣泛。形狀復雜的沖壓件，特別是一些按傳統(tǒng)工藝需要多副沖模分序沖制的中小型復雜沖壓件，越來越多地采用級進模成形。級進模是一種高新技術模具產品，技術難度大，制造精度要求高，生產周期長。多工位級進模將是國重點發(fā)展的模具產品之一。</p><p>　　(7)模具的精細化制造是必然趨勢</p

10、><p>　　所謂的模具精細化制造，對模具的開發(fā)過程和制造結果而言的具體地表現(xiàn)為沖壓工藝和模具結構設計的合理化、模具加工的高精度、模具產品的高可靠性和技術管理的嚴密性。模具精細化制造其實并不是一項單一的技術、二是設計、加工和管理技術的綜合反映。模具精細化制造的實現(xiàn)除了靠技術上精益求精，還要靠嚴密的管理來保障。</p><p>　　1.2 模具CAD/CAE/CAM技術的發(fā)展趨勢</p&g

11、t;<p>　　21世紀市場要求高質量、低成本的產品，并且要求對各種不同的市場需求作出快速的反應。模具制造技術的發(fā)展趨于專業(yè)化、標準化、集成化、智能化、虛擬化、網(wǎng)絡化，這將使模具行業(yè)發(fā)生巨大變革。</p><p>　　(1)模具CAD/CAE/CAM技術的專業(yè)化程度顯著提高</p><p>　　任何一種模具軟件不可能包羅萬象，完全能適應不同的模具產品、不同生產企業(yè)的需求。這就

12、要求有針對性的開發(fā)專用模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)軟件，或者根據(jù)模具生產企業(yè)自身的特點對軟件系統(tǒng)進行二次開發(fā)。這樣才有可能一切從實際出發(fā)，最大的發(fā)揮出軟件的潛能，充分利用好企業(yè)自身的設備，制造出高質量的模具產品。隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，各大主要軟件開發(fā)商和有獨立科研實力的企業(yè)已經開始有針對性地開發(fā)專用模具CAD/CAM實用軟件系統(tǒng)，并取得了巨大的經濟效益。如：專用的進級模系統(tǒng)NX－PDW，專用的塑料注射模系統(tǒng)MoldWizard，專用

13、的鍛壓模系統(tǒng)AutoMolder，此外還有法國Misslelsoftware公司的注射模專用軟件TopMold和級進模專用軟件TopProgress、日本UNISYS株式會社的塑料模設計和制造系統(tǒng)CADCEUS等。這些專用模具軟件的產生，大大的提高了模具設計人員的工作效率，讓模具設計人員從繁瑣的勞動中解放出來，進行創(chuàng)造性的設計活動。</p><p>　　(2)模具CAD/CAE/CAM技術的標準化</p&g

14、t;<p>　　標準化模具 CAD/CAM系統(tǒng)可建立標準零件數(shù)據(jù)庫、非標準零件數(shù)據(jù)庫和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。標準零件庫中的零件在模具CAD設計中可以隨時調用，并采用GT（Group Technology，成組技術）生產。非標準零件庫中存放的零件，雖然與設計所需結構不盡相同，但利用系統(tǒng)自身的建模技術可以方便地進行修改，從而加快設計過程，使典型模具結構庫在參數(shù)化設計的基礎上實現(xiàn)。數(shù)據(jù)的傳遞、轉化成為企業(yè)之間、企業(yè)與客戶之間、軟件之間

15、、軟件與設備之間進行信息傳遞的最大障礙。在模具CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)中也存在這樣的問題，為保障數(shù)據(jù)在傳遞、轉化的過程中不丟失，建立數(shù)據(jù)轉換的標準顯得非常重要，這樣可以模具CAD/CAE/ CAM軟件系統(tǒng)內部的信息交流成為整體，從而真正意義上實現(xiàn)了模具制造信息傳遞的暢通。</p><p>　　(3)模具CAD/CAE/CAM技術的集成化</p><p>　　國內模具制造企業(yè)雖然也采用

16、了CAD/CAM/CAE技術，但模具的設計尚未形成成熟的理論指導和設計體系，各類設計工具更多的表現(xiàn)為單一學科的軟件化，其相互集成也是以軟件接口實現(xiàn)的數(shù)據(jù)集成。模具CAD/CAE/CAM技術與GT、CE（Concurrent Engineering）、CAE、CAPP（Computer Aided Process Planning）、PDM（Product Data Management）等技術密切相連，組成一個有機的整體，建立一個統(tǒng)一的

17、全局模具產品數(shù)據(jù)模型，在模具開發(fā)、模具設計中，提供全部的信息，使信息共享、交換處理和反饋，它綜合了計算機技術，系統(tǒng)集成技術，并行技術和管理技術，最終將發(fā)展成為 CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）。</p><p>　　(4)模具CAD/CAE/CAM的智能技術</p><p>　　模具CAD/CAE/CAM技術中的智能化是指由模具CAD/CAE/CAM軟件系統(tǒng)和人類專家共同組成的人機一體化系統(tǒng)

18、，它能再模具生產過程中進行分析、推理、判斷、構思和決策等智能活動，有效地實現(xiàn)了人與模具設計系統(tǒng)的有機融合及人的智能的充分發(fā)揮。近年來，人工智能在模具 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)中的應用主要集中在知識工程的引入和模具設計專家系統(tǒng)開發(fā)上。目前，在模具的設計和制造過程中，在很多環(huán)節(jié)上仍然依靠模具設計人員的經驗。如模具設計方案的選擇、工藝流程和參數(shù)的選擇、模具結構的優(yōu)化等，模具CAD/CAE/CAM設計系統(tǒng)只是完成一些簡單建模和數(shù)值計算，缺乏靈

19、活性和可靠性。這就要求模具設計系統(tǒng)必須利用KBE（Knowledge－Based Engineering）技術進行深入的改造，從分發(fā)揮、利用知識庫和專家系統(tǒng)設計出高質量的模具。在模具行業(yè)已有成功案例，如華中科技大學模具技術國家重點實驗室在國產注射成型模擬軟件HSCAE6．10中成功地引入了人工智能技術。</p><p>　　(5)虛擬技術將在模具CAD/CAE/CAM的應用</p><p>

20、;　　虛擬制造（VM）是一種新的制造技術，它以仿真技術、信息技術、虛擬現(xiàn)實技術為支撐，對產品設計、工藝規(guī)劃、加工制造等生產過程進行統(tǒng)一建模。虛擬制造技術應用于模具生產實際是模具CAD/CAE/CAM技術的集成和延伸，因此，模具工業(yè)今后推廣應用虛擬制造技術，必須首先對當前應用于模具生產的各種先進設計與制造技術和方法進行全面、深入的消化吸收和推廣應用。虛擬制造技術在國外模具工業(yè)中也有成功的應用。如美國的Foundry Service公司采用

21、虛擬制造技術對整個工藝生產過程進行仿真，并根據(jù)仿真結果更改設備參數(shù)后，成功地完成了生產系統(tǒng)的改造工程，節(jié)約了大量的資金。</p><p>　　(6)模具CAD/CAE/CAM技術應用的網(wǎng)絡化</p><p>　　網(wǎng)絡化敏捷制造與模具CAD/CAE/CAM技術的結合是當今模具制造業(yè)中的主流方向之一。隨著信息技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展，網(wǎng)絡化制造的研究已經達到了前所未有的高度。網(wǎng)絡化模具制造指的是：

22、面對模具市場機遇，針對模具市場需要，利用以因特網(wǎng)為標志的信息高速公路，靈活而迅速地組織社會模具制造資源，快速地組合成一種超越空間概念的、靠電子手段聯(lián)系的、統(tǒng)一指揮的經營實體網(wǎng)絡聯(lián)盟模具制造企業(yè)，以便快速推出高質量、低成本的模具產品。此類的研究已經相當多，如東莞地區(qū)模具行業(yè)敏捷化趨勢的分析與研究。由此可知模具網(wǎng)絡化制造研究的重點的是如何有效的實現(xiàn)不同模具企業(yè)之間的資源共享，多種高新技術的集成，因此能集成多方面的資源，具有多種功能的網(wǎng)絡化模

23、具制造平臺將成為網(wǎng)絡化模具制造的技術支持工具，將使模具企業(yè)快速的應對市場的變換。</p><p>　　1.3 未來板料成形數(shù)值模擬技術發(fā)展趨勢</p><p>　　板料成形數(shù)值模擬經過二十多年的研究已經取得了很大的發(fā)展。實際生產過程中往往由于零件所需要的變形程度超出了材料一次成形所允許的最大變形程度，而必須采用多次拉深成形的方法。應該如何處理多次拉伸變形的分配，以及怎樣精確確定材料首次拉深

24、后的性能和工藝參數(shù)是板料數(shù)值模擬軟件開發(fā)方面亟待解決的問題。另外如何利用板料成形的數(shù)值模擬技術來精確模擬復雜曲面的成形過程也是正在研究的熱點之一。今后板料成形數(shù)值模擬研究還應該注意一下方面：</p><p>　　(1)繼續(xù)對摩擦行為進行研究，建立更合適的接觸算法；</p><p>　　(2)優(yōu)化各種本構分析關系，努力將成形極限圖和有限元分析更好地結合起來；</p><p

25、>　　(3)對缺陷問題還應深入研究，優(yōu)化數(shù)字模擬模型；</p><p>　　(4)將有限元模擬系統(tǒng)和網(wǎng)格劃分、自動控制等結合起來，形成更大的分析系統(tǒng)。</p><p>　　1.4 本課題的研究背景及主要內容</p><p>　　近幾年來，我國轎車市場發(fā)展十分迅猛，然而，在轎車熱迅速升溫的同時，不得不尷尬地面對這樣一個事實——市場上熱銷的絕大多數(shù)車型是直接從外

26、國引進的，由于國內轎車覆蓋件模具設計制造能力從總體上看還比較薄弱，造成單車均攤的模具成本遠高于國外車，這也是造成國產車整車制造成本居高不下的主要原因之一。所以進行該課題的學習和研究具有重要的意義。該課題應用板料沖壓成形快速分析軟件進行汽車覆蓋件成形工藝分析，進行成形模擬。大大提高了模具設計效率、精度和縮短設計周期，降低成本。 通過這個課題的研究設計，目的要求初步了解汽車及其覆蓋件；學會用板料沖壓成形快速分析軟件對汽車覆蓋件進行沖壓成形仿

27、真數(shù)值模擬；掌握模具設計基本知識。</p><p>　　2 后門防撞板的工藝設計</p><p>　　2.1 沖壓件的工藝性分析 </p><p>　　本次畢業(yè)設計的零件為大眾汽車后門防撞板。零件上面有兩個大小相同的孔，精度要求不是特別高，孔距位置要求不高。整個零件沒有外形尺寸要求，精度要求不是特別高。這個零件的形狀相對來說較復雜，主要變形是彎曲，拉深深度不是很

28、深，覆蓋件成型可能性的分析是一項艱苦細致的工作，但也必須要做，由于覆蓋件的形狀有很多不規(guī)則曲面，外形較為復雜，其成型可能性很難用計算的方法來準確的判斷出來。因此判斷覆蓋件是否成型，最好的辦法還是參考以前加工的覆蓋件，用類比的方法進行判斷，經過多次工廠的調研，這個零件是可以通過沖壓成形的。此零件的材料牌號為HX420LAD+Z100MB，屈服強度σs為420—520Mpa，抗拉強度σb為470—590Mpa，斷裂延伸率≥17%。鋼板具有很

29、好的強度和一定的塑性。公差標準IT13。零件圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 零件示意圖</p><p>　　4.3.2 厚度變化圖</p><p>　　單擊“成形分析”對話框中Thickness（厚度變化圖）工具按鈕。在Frames選項下拉列表框中選擇All Frames選項，單擊觀察厚度變化過程，成形完成后的狀態(tài)如圖4-21所示。</p&

30、gt;<p>　　圖4-21 厚度變化圖</p><p><b>　　成形結果分析及優(yōu)化</b></p><p>　　從成形極限圖可以看出成形后零件大部分成形不充分，顯示灰色或紫色。但從工藝和實際生產角度看，該工序零件的工藝時是成形，不是拉延，所以不可能拉伸充分，只有模擬好的拉延的工藝才可能全部都是綠色。并且該次模擬并沒有出現(xiàn)裂紋，所以，成形極限在預料和

31、可以接受的范圍之內。</p><p>　　從厚度變化圖來看，模擬結果大部分呈現(xiàn)黃色，說明成形后的零件厚度在1.17mm附近，厚度偏薄。有可優(yōu)化的潛力。導致這種情況出現(xiàn)的原因有可能是虛擬沖壓速度5000太快，改成2000，如圖4-22所示。</p><p>　　圖4-22 分析參數(shù)優(yōu)化調整</p><p>　　還有可能坯料網(wǎng)格太粗，進行細分網(wǎng)格，坯料網(wǎng)格重劃分如圖4-

32、23所示。</p><p>　　圖4-23 坯料網(wǎng)格細分調整界面</p><p>　　重新模擬后的成形極限圖如圖4-24所示。</p><p>　　圖4-24 優(yōu)化后成形極限圖</p><p>　　重新模擬后的厚度變化圖如圖4-25所示。</p><p>　　圖4-25 優(yōu)化后厚度變化圖</p><

33、p>　　優(yōu)化模擬條件后的成形極限也在可接受的范圍之內。從零件厚度變化上來看，零件絕大部分呈現(xiàn)綠色，說明零件厚度在1.2mm附近，只有極小范圍內（如圖4-25）1處與2處有過分變薄傾向，但這是無法完全避免的，整體效果效果很理想。</p><p>　　經過Dynaform軟件對零件成形過程的仿真模擬分析可知，以模擬結構外形來設計制造相應的成形模，是能夠得到符合設計要求的。</p><p>

34、;<b>　　結 論</b></p><p>　　本文通過對汽車后門防撞板的沖壓工藝分析、對成形工序的dynaform成形數(shù)值模擬和成形工序模具結構的設計得出以下結論：</p><p>　　(1)通過對汽車后門防撞板的工藝性分析，確定最終工藝方案為：落料、成形、側彎和沖孔。</p><p>　　(2)通過對成形過程的模擬分析，優(yōu)化了模擬條件，

35、確定了最終沖壓速度為2000mm/min，得到理想的模擬效果。</p><p>　　(3)以模擬結果為基礎繪制了成形工序的模具結構圖。成形凸凹模采用鑲拼式，凸凹模材料選用SKD11。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題是在**老師，**等老師的細心指導下完成的。設計期間，高老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和豐富的設計經驗

36、給我影響很大，相信這將繼續(xù)對我今后的工作態(tài)度產生積極的影響。在畫模具圖的時候，老師耐心的指導和關鍵性的糾錯讓我受益匪淺，讓我更加堅定了我的學習態(tài)度。在模擬仿真的過程中，由于個人對dynaform是第一次接觸，用起來相當生疏，高穎老師和閆華軍老師親自為我提供學習資料并聯(lián)系專業(yè)人員對我進行指導，讓我在短時間內掌握了模擬軟件的基本使用，非常感動。當然，我的畢業(yè)設計也是在同學們的幫助下才能順利完成的，比如在畫圖的時候同學會主動向其他同學介紹一些

37、自己查到的作圖標準，這讓我們的作圖工作得以較快速度的進行，我再次體會到了團結的力量。另外，在畢業(yè)設計期間，公司的同事也給了相當重要的幫助和關鍵性見解，在此特別提出感謝！總之，個人取得的每一次進步都是與指導老師的熱情關懷和細心指導是分不開的，在此設計說明書完成之際，向所有幫助過我的老師、同學和同事致以由衷的感謝和崇高的敬意！ </p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p&g

38、t;<p>　　1 李志剛.金屬加工: 冷加工.2011(3): 13-17</p><p>　　2 李延平, 朱東波, 盧秉恒.汽車工程.2005(5):2-5</p><p>　　3 賀雄偉, 揭小平, 閆洪.模具工業(yè).2009(2) :16-18</p><p>　　4 秦家愛, 仲梁維.CAE在汽車沖壓件生產工藝中的優(yōu)化應用. 模具工業(yè)

39、.2009(7):48-56</p><p>　　5 何玉良.汽車工藝與材料.1999(16):33-45</p><p>　　6 崔令江.汽車覆蓋件沖壓成形技術.機械工業(yè)出版社</p><p>　　7 常世平.論覆蓋件模具設計與制造十二年的發(fā)展.2000:3-4</p><p>　　8 陳軍, 石曉祥, 陳綱, 趙震, 阮雪榆.汽車

40、沖壓件成形工藝規(guī)劃中的若干實現(xiàn)技術.上海交通大學學報.2004(9):120-125</p><p>　　9 王洪俊, 范海雁.汽車沖壓件成形新工藝, 汽車工藝與材料. 2005(8):76-78</p><p>　　10 姚洪華. 我國汽車沖壓件的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究, 技術經濟.1998:2-3</p><p>　　11 馬曉春, 沈衛(wèi)兵.有限元數(shù)值模擬

41、技術在汽車沖壓件成形中的應用, 浙江工業(yè)大學學報.2007(1):33-37</p><p>　　12 Paul Cleary, Mahesh Prakash, Joseph Ha, Matthew Sinnott, Thang Nguyen, John Grandfield.Modeling of cast systems using smoothed-particle hydrodynamics. Spri

42、nger-Verlag. 1988(2) : 179-185</p><p>　　13 PM Bralower. Die Casting Engineer. NORTH AMERICAN DIE CASTING.1997(11):185-193</p><p>　　14 王孝培.沖壓手冊.第2版.機械工業(yè)出版社, 2004</p><p>　　15 李天佑.沖

43、模圖冊.機械工業(yè)出版社, 1988</p><p>　　16 牟林, 胡建華.沖壓工藝與模具設計.第2版.北京大學出版社, 2010</p><p>　　17 高雪強.機械制圖.機械工業(yè)出版社, 2008</p><p>　　18 毛平淮.互換性與測量技術基礎.機械工業(yè)出版社, 2006</p><p>　　19 洪慎章. 模具制造業(yè)

44、的現(xiàn)狀及發(fā)展方向.模具制造, 2003</p><p>　　20 詹熙達.CATIA V5R20快速入門教程.機械工業(yè)出版社, 2011</p><p>　　21 王秀鳳.板料成形CAE設計及應用:基于dynaform.第2版.北京航空航天大學出版社, 2010</p><p>　　22 黃毅宏,李明輝.模具制造工藝學.機械工業(yè)出版社, 2002</p&g